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【经验分享】STM32G431介绍

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STMCU小助手 发布时间:2022-7-6 13:35
一、芯片简介

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1.家族
STM32:32代表32位MCU,有32根地址线,可以寻找4GB的地址

STC15单片机是8位CPU,地址以16进制表示:0x_ _ ;
STM32: 0x_ _ _ _ _ _ _ _

容量为 2^32 = 4,294,967,296 ≈ 4×10^9 (其中 1GB = 10^9)

2.产品类别

G: 支持DSP和FPU指令的可适用信号应用

像正点原子的F4,F:基础型,通用型

3.特点功能
103 : STM32基础型
407:高性能,带DSP和FPU
431: 未知

4.引脚数
R : 64位引脚

5.闪存容量
B: 128K

6.封装
T:QFP封装

二、Cortex-M内核
整个芯片的组成

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芯片由两大部分组成的:Cortex-M内核(ARM公司设计的部分) + 外设资源(芯片制造商设计的部分)

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Cortex-M家族有一系列的处理器,STM32F103内部使用的是Cortex-M3内核,STM32G431内部使用的是Cortex-M4内核,M4比M3多了DSP信号处理和FPU浮点运算单元

M3内核架构简化视图

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NVIC:向量中断控制器,负责中断控制以及中断处理事务

取指令单元:取指执行,通过总线将程序从程序存储器(128K闪存)取出,交给解码器

解码器:指令解码

ALU: 算术逻辑单元, 是中央处理器(CPU)的执行单元,是所有中央处理器的核心组成部分,由"And Gate"(与门) 和"Or Gate"(或门)构成的算术逻辑单元,主要功能是进行二位元的算术运算

自带追踪接口和调试系统

存储逻辑运算的结果放在寄存器组中

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想要深入学习寄存器组的作用,参考这一篇:M3/M4内核基础

三、芯片内部结构

1.外设资源

STM32G4系列控制器参考手册:查看开发板外设的资源和资源的数量

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2.内部模块框图
STM32G431RB数据手册:查看外设所对应的时钟总线

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GPIO(A-G) : 挂载在AHB2时钟总线上
定时器1,8,15,16,17 : APB2
定时器2,3,4,I2C: APB1
AHB1分为 APB1和APB2时钟总线

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3.时钟树
STM32G4系列微控制器参考手册: 查看时钟树

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时钟树:

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STM32的时钟源主要有: 内部时钟、外部时钟、锁相环倍频输出时钟。内部时钟、外部时钟又分为告诉高速、低速时钟

系统时钟有三种来源:高速外部时钟(4-48Mhz),高速内部时钟(16 Mhz), PLL锁相环倍频输出时钟

PLL锁相环时钟来源有两种HSE和HSI,经过倍频输出

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OSC_IN 和OSC_OUT对应PF0,PF1时钟输入引脚

配置时钟:

1.在CubeMX中配置RCC选择外部时钟HSE,对应引脚起作用

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2.倍频设置

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将外部时钟设置为24Mhz,经过三分频变为8Mhz, 经过锁相环乘20除以2,变为80Mhz, 将系统时钟来源选择PLLCLK , 系统时钟就是80Mhz, 再一分频得到AHB总线时钟,最终得到外设时钟。

对应代码

  1. void SystemClock_Config(void)
  2. {
  3.   RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  4.   RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  5.   /** Configure the main internal regulator output voltage
  6.   */
  7.   HAL_PWREx_ControlVoltageScaling(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);
  8.   /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  9.   * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  10.   */
  11.   RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE; // 选择来源
  12.   RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON; // 开启时钟
  13.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  14.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  15.   // 倍频设置
  16.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = RCC_PLLM_DIV3;
  17.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 20;
  18.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
  19.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = RCC_PLLQ_DIV2;
  20.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = RCC_PLLR_DIV2;
  21.   if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  22.   {
  23.     Error_Handler();
  24.   }
  25.   /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  26.   */
  27.   // 由系统时钟得到对应总线的时钟
  28.   RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
  29.                               |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  30.   RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  31.   RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  32.   RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  33.   RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  34.   if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  35.   {
  36.     Error_Handler();
  37.   }
  38. }
复制代码

在STM32G431内部结构中,各个模块都是通过总线相连接。Cortex-M4内核相当于心脏,最高频率可达170MHz,它通过总线AHB进行数据交换,AHB分为AHB1和AHB2,AHB1又分为APB1和APB2

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4.存储空间
查看内存映射地址:STM32G4系列微控制器参考手册

SWLXC7~CUMV6FHH5PFFJ2MB.png

内存映射:

8IX3)1QL01U)]AN@1SDTAUX.png

内存映射分左、右两侧, 左侧是各个资源地址的大致分化,右侧是对左侧的细化
(1)Flash(闪存)
Flash:程序存储器,存储代码的地方 起始地址:0x0800 0000

从地址 0x0800 0000 到 0x0808 0000 ,( 8 0000 )16进制 = ( 524288 )10进制,Flash memory被分配到的空间有 524KB 大小,远大于它本身的 128KB

(2)RAM
RAM: 随机存储器,用于存储数据 ,起始地址:0x2000 0000

RAM分为:SRAM和DRAM

1.SRAM:静态RAM(S指的static),静态指的不需要刷新电路,数据不会丢失,SRAM速度非常快,是目前读写最快的存储设备

2.DRAM:动态RAM(D指的dynamic),动态指的每隔一段时间就要刷新一次数据,才能保存数据,速度也比SRAM慢,不过它比任何的ROM都要快

(3)外设
外设:APB1、APB2、AHB1、AHB2 起始地址:0x4000 0000

小结:

外设起始地址为 0x4000 0000
SRAM起始地址为 0x2000 0000
Flash起始地址为 0x0800 0000

详细的外设地址(在上一页的下一页)

%CQU9`QZOM$H02LV5(FZ]E0.png

可以依据蓝色字体查看外设对应寄存器分配地址

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四、BOOT启动
STM32上电启动后,程序代码从最底层地址0x0000 0000 开始运行

%9T})K8ETM5]8K0{GOV5BIR.png

前面知道代码存储在 Flash地址0x0800 0000 中,如何让 0x0000 0000 运行的是 0x0800 0000 中的代码? 存储器地址重映射: 将 0x0800 0000 中的代码映射到 0x0000 0000 中

映射还可以将SRAM, System memory 等地址映射到0X0000 0000处

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映射方式的选择由BOOT1,BOOT0决定

SPDAW8MQZWS3E[{([EZ)(UQ.png

STM32G431由于BOOT0接地,所以采用的是从flash启动

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所以,单片机程序执行顺序

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中断向量表: 嵌套向量中断控制器(Nested Vectored Interrupt Controller),STM32向量中断统一由NVIC管理, NVIC的核心功能:中断优先级分组、中断优先级的配置、读中断请求标志、清除中断请求标志、使能中断、清除中断等,外部中断信号从核外发出,信号最终要传递到NVIC(嵌套向量中断控制器)。NVIC跟内核紧密耦合,它控制着整个芯片中断的相关功能

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DCD表示开辟一个字空间,后边的为函数名称,函数入口地址

1.存储堆栈指针位置:先获取堆栈指针位置,告诉CPU,中间变量存储再SRAM中, 从下图可以看到首先获取堆栈指针,然后就跳转到复位中断函数

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注:按照目录的排列顺序进行检索,并执行目录中地址所指向的函数

2.复位中断函数入口地址:CPU执行到这里,下一步跳转到复位中断函数
中断复位服务函数

3.复位中断函数:CPU执行到这,先配置时钟,再跳转到主函数

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在调用main函数之前先完成了时钟的初始化,再调用main的

4.主函数区域:执行主函数,进入while大循环

5.其他中断函数入口地址:发生中断后,中断位置自动激发,告诉CPU中断入口地址,CPU去执行中断

所以,在启动文件执行的时候,内核和每个外设的中断服务函数的地址都是已经确定好的,地址就存放在中断向量表中,而且在启动文件里面已经写好了中断服务函数,只是这些中断服务函数为空,而且带[weak]弱定义

ZF}]TVUU9HIL6PUX(_E@]~A.png

那么需要在C文件里面重新实现这个中断服务函数,用户写这个中断服务函数的时候,函数名必须跟启动文件里面写的中断函数名对应,因为函数名对应的就是中断服务函数的地址,如果中断服务函数名和启动文件的名字不一样,就默认启动文件里面预先写好的空的中断服务函数,而且是一个死循环,程序就会一直卡死在中断服务函数里面

五、库介绍
1.HAL库:ST官方推崇的新编程库;HAL是Hardware Abstraction Layer的缩写,中文名:硬件抽象层。HAL库是ST为STM32最新推出的抽象层嵌入式软件,可以更好的确保跨STM32产品的最大可移植性。HAL使用了比较大的Flash和SRAM。

2.LL库(Low Layer):ST最近新增的库,与HAL捆绑发布,文档也是和HAL文档在一起的LL库更接近硬件层,对需要复杂上层协议栈的外设不适用,直接操作寄存器。其支持所有外设。使用方法:独立使用,该库完全独立实现,可以完全抛开HAL库,只用LL库编程完成。在使STM32CubeMX生成项目时,直接选LL库即可。如果使用了复杂的外设,例如USB,则会调用HAL库混合使用,和HAL库结合使用。编译后LL库只有HAL库的33%体积。

3.标准固件库:旧版本编程库;HAL库是ST未来主推的库,从前年开始ST新出的芯片已经没有STD库了

4.寄存器编程:原始底层编程。HAL库和标准库就是ST官方对寄存器编程进行人性化封装后的产物

六、编译过程

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1.将 .c 文件编译和 .s 文件汇编,生成 .o 目标文件

2.将 .o 对象文件和内存映射规范文件 通过连接器 生成可执行映像文件。MDK是生成 .axf 可执行文件

3.通过闪存编程器将可执行映像文件下载到芯片的Flash中



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